1．电路中的能量转化
核 心 素 养 定 位 物理观念 了解电流做功的实质，知道电功率的概念．
科学思维 学会分析电路中能量转化的问题，知道焦耳定律和电功之间的关系．
科学探究 通过电动机实例，探究电动机消耗的功率与输出功率及发热功率之间的关系．
科学态度 与责任 通过生活中用电常识，分析纯电阻元件和非纯电阻元件，利用焦耳定律解决生活中的问题．
一、电功和电功率
1．电流做功与能量转化：电能转化为其他形式的能，是通过________做功来实现的．
2．电流做功的实质：导体中的恒定电场对自由电荷的________在做功．
3．电功
(1)定义：电流在一段电路中所做的功，等于这段电路两端的________、电路中的________、通电________三者的乘积．
(2)公式：W＝________．
(3)单位：国际单位是________，符号是J.
4．电功率表示电流做功的快慢
(1)定义：电流在一段电路中所做的功与________之比．
(2)公式：P＝＝________．
(3)P＝UI公式表示，电流在一段电路中做功的功率P等于这段电路两端的电压U与电流I的乘积．
(4)单位：国际单位是________，符号是________．
二、焦耳定律
1．内容：电流通过导体产生的热量跟______________成正比，跟____________及____________成正比．
2．表达式：Q＝________．
3．热功率
(1)热功率是指单位时间内，电流通过导体发热的功率．
(2)表达式：P＝________．
(3)物理意义：表示电流____________的物理量．
三、电路中的能量转化
1．焦耳定律讨论了电路中电能完全转化为内能的情况，这种只含有电阻的电路叫作________电路．实际中有些电路除含有电阻外还含有其他负载，如电动机、正在充电的电池，这种电路叫作非纯电阻电路．
欧姆定律不再适用
2．电动机工作时的能量转化
(1)能量关系：电动机从电源获得能量，一部分转化为机械能，还有一部分转化为内能．
(2)功率关系：电动机消耗的功率P电等于电动机的输出功率P机与电动机损失的功率P损之和，即P电＝P机＋P损，P电＝____，P损＝________．
3．电池充电时的能量转化
电池从电源获得的能量一部分转化为________能，还有一部分转化为内能．
【情境思考】
电吹风工作时将电能转化为内能和机械能，电熨斗将电能转化为内能．判断下列关于电功、电功率及电热的说法的正误．
(1)电功W＝UIt可以用来计算所有电路中电流所做的功．( )
(2)电热Q＝I2Rt可以用来计算所有含有电阻的电路中产生的焦耳热．( )
(3)电动机是非纯电阻用电器，所以在任何情况下，都不能将电能全部转化为内能．( )
(4)三个公式P＝UI、P＝I2R、P＝没有任何区别，它们表达相同的意义，所以三式中P都是电功率．( )
拓展 1 电流做功和电势能的变化的关系
电流做功的实质是导体中的恒定电场对自由电荷的静电力在做功．自由电荷在静电力的作用下做定向移动，结果电荷的电势能减少，其他形式的能增加．
拓展2 结合已学知识和你的生活经验，说说下列用电器工作时的能量转化情况．
(1)电风扇 (2)电解槽 (3)电热水器
提示：
(1)电风扇：电能转化为机械能和内能．
(2)电解槽：电能转化为化学能和内能．
(3)电热水器：电能转化为内能．
拓展3 某种台灯亮度调节器电路图
(1)圆环为电阻丝，P为可调节滑片．
(2)台灯的功率P＝，式中R为台灯的电阻，在电源电压不变时，电路中的电阻随P的移动而改变，当P滑到c点时电阻丝接入电路的电阻最大，台灯最暗．
目标一 电功和电热
【导思】——————————————————○
(1)如图所示是电烙铁和电熨斗，为什么这些用电器通电后会发热呢？
(2)电烙铁通电后，电烙铁的烙铁头热得能把金属熔化，而与电烙铁相连的导线却不怎么热，为什么？
【归纳】——————————————————○
1．电功和电功率
W＝UIt是电功的计算式，P＝UI是电功率的计算式，适用于任何电路．
2．电热和热功率
Q＝I2Rt是电热的计算式，P热＝I2R是热功率的计算式，可以计算任何电路产生的电热和热功率．
3．电功和电热的关系
(1)在纯电阻电路中
①电功和电热相等，W＝Q＝UIt＝t＝I2Rt；
②电功率和热功率相等，P电＝P热＝UI＝I2R＝；
③欧姆定律成立，由UIt＝I2Rt得I＝.
(2)在非纯电阻电路中
①电功大于电热，W＝Q＋W其他，电功只能用W＝UIt计算，电功率只能用P＝UI计算；
②电热只能用Q＝I2Rt计算，热功率只能用P＝I2R计算；
③欧姆定律不成立，由UIt>I2Rt得U>IR.
【典例】——————————————————○
例1 (多选)下列关于电功、电功率和焦耳定律的说法中正确的是( )
A．电功率越大，电流做功越快，电路中产生的焦耳热一定越多
B．W＝UIt适用于任何电路，而W＝I2Rt＝t只适用于纯电阻电路
C．在非纯电阻电路中，UI>I2R
D．焦耳热Q＝I2Rt适用于任何电路
例2 额定电压都是110 V，额定功率PA＝100 W，PB＝40 W的灯泡两盏，若接在电压为220 V的电路上，两盏灯泡均能正常发光．下列选项中给出的连接方式中消耗功率最小的是( )
思维提升
功率求解的技巧
(1)在纯电阻电路中，比较用电器的电功率时，要根据已知条件灵活选用公式，如用电器电流相同时，用P＝I2R比较，若电压相同时，用P＝比较，若电阻相同时，可根据I或U的关系比较．
(2)求解串、并联电路中的功率分配问题，比例法求解会使问题简化，但一定要明确是正比还是反比关系．
(3)当求解用电器的功率时，要明确求解的是什么功率．实际功率与额定功率不一定相等．
[训练1] 有两盏电灯L1和L2，用图中所示的两种方式连接到电路中，已知电压U相同，且两盏电灯均能发光，则关于甲、乙两个电路中电灯L1的亮度的说法正确的是( )
甲 乙
A．图甲电路中灯L1比乙图电路中灯L1亮
B．图乙电路中灯L1比甲图电路中灯L1亮
C．两个电路中灯L1一样亮
D．不知它们的额定电压和额定功率，无法判断
[训练2] 标有“6 V 3 W”的甲灯和“12 V 12 W”的乙灯，并联接在6 V的电源上(假设灯丝的电阻不变)．下列说法正确的是( )
A．甲、乙两灯消耗的电能之比是1∶4
B．甲、乙两灯的电压之比是1∶2
C．通过甲、乙两灯的电流之比是1∶2
D．甲、乙两灯的实际电功率之比是1∶1
目标二 纯电阻电路中的功率
【导思】——————————————————○
如图所示，标有“220 V 60 W”的白炽灯和“220 V 60 W”的电风扇，把它们并联后接到220 V的照明电路中，二者都能正常工作．
它们在相同的时间内产生的电热相同吗？为什么？
【归纳】——————————————————○
1．串、并联电路中的功率关系
串联电路 并联电路
功率分配 ＝ ＝
总功率 P＝P1＋P2＋…＋Pn P＝P1＋P2＋…＋Pn
2.纯电阻电路与非纯电阻电路的比较
纯电阻电路 非纯电阻电路
元件特点 电路中只有电阻，电能全部转化成内能 除内能外，还把电能转化成其他形式的能
能量转化情况
电功 W＝UIt＝I2Rt＝t W＝UIt＝I2Rt＋E其他
电热 Q＝UIt＝I2Rt＝t Q＝I2Rt
关系 W＝Q W＞Q
电功率 P＝UI＝I2R＝ P＝UI
热功率 P热＝UI＝I2R＝ P＝P热＋P其他，P热＝I2R
关系 P＝P热 P＞P热
欧姆定律是否成立 成立，有U＝IR，I＝ 不成立，有U＞IR，I＜
元件举例 电阻、电炉丝、白炽灯等 电动机、电解槽等
提醒：解决实际问题时，注意纯电阻电路和非纯电阻电路中能量转化的不同．
3．电动机的功率和效率
(1)电动机的总功率(输入功率)：P总＝UI.
(2)电动机发热的功率：P热＝I2R.
(3)电动机的输出功率(机械功率)：P机＝P总－P热＝UI－I2R.
(4)电动机的效率：η＝×100%.
【典例】——————————————————○
例3 三个阻值相同的灯泡，其允许消耗的最大功率都是10 W．现将它们按如图所示方式连接，整个电路允许消耗的最大功率为( )
A．30 W B．20 W
C．15 W D．10 W
例4 在研究微型电动机的性能时，可采用如图所示的实验电路．当调节滑动变阻器R使电动机停止转动时，电流表和电压表的示数分别为0.5 A和 1.0 V；重新调节R使电动机恢复正常运转时，电流表和电压表的示数分别为2.0 A和15.0 V．求这台电动机正常运转时的输出功率和电动机的线圈电阻．
思维提升
电动机电路的分析与计算
[训练3] A、B、C三个灯泡按如图所示的方式连接时，各自消耗的实际功率相同，则RA∶RB∶RC为( )
A．1∶1∶1 B．1∶2∶2
C．2∶1∶1 D．1∶4∶4
[训练4] 小强坐在汽车的副驾驶位上看到一个现象：当汽车的电动机启动时，汽车的车灯会变暗．汽车的蓄电池、定值电阻、电流表、车灯、电动机连接的简化电路如图甲所示．汽车蓄电池的电压为12.5 V且保持不变，车灯接通电动机未启动时，电流表示数为10 A；车灯接通电动机启动时，电流表示数为70 A，已知车灯的I U图像如图乙所示．
(1)求定值电阻R的阻值．
(2)车灯接通电动机启动时，车灯的功率减少了多少？
(3)车灯接通电动机启动2 s过程中电动机消耗的电能为多少？
1．功率为10 W的发光二极管(LED灯)的亮度与功率为60 W的白炽灯相当．根据国家节能战略，2016年前普通白炽灯应被淘汰．假设每户家庭有2个60 W的白炽灯，均用10 W的LED灯替代，估算出全国一年能节省的电能最接近(已知全国大约有4.5亿户人家，每家每天亮灯时间大约为3 h)( )
A．5×108 kW·h B．5×1010 kW·h
C．5×1012 kW·h D．5×1013 kW·h
2．在直流电路中，两个电阻的阻值之比R1∶R2＝2∶1，通过的电流之比I1∶I2＝2∶1，则在相等时间内两个电阻产生的热量之比Q1∶Q2为( )
A．1∶1 B．2∶1 C．4∶1 D．8∶1
3.(多选)如图所示为某电学元器件的伏安特性曲线，图中虚线为曲线上P点的切线．当通过该元器件的电流为0.4 A时( )
A．该元器件的阻值为250 Ω
B．该元器件的阻值为125 Ω
C．该元器件消耗的电功率为20 W
D．该元器件消耗的电功率无法求解
4．(多选)有一种电吹风由线圈电阻为r的小型电动机与电阻为R的电热丝串联组成，电路如图所示．将电吹风接在电路中，电吹风两端的电压为U，电吹风正常工作，此时电热丝两端的电压为U1.则下列判断正确的是( )
A．电热丝中的电流大小为
B．电动机线圈的发热功率为
C．电动机消耗的功率为(U－U1)
D．>
5．某电动自行车的主要技术参数如下表，若该车在额定功率状态下正常行驶，则下列说法正确的是( )
蓄电池 容量 10 A·h
额定工作电压 36 V
电动机 额定连续输出功率 200 W
额定电压 36 V
额定电流 6 A
A.骑行一小时，消耗0.2 kW·h
B．充满电续航时间约为10 h
C．电动机线圈的发热功率约为200 W
D．电动机线圈电阻约为0.44 Ω
1．电路中的能量转化
导学 掌握必备知识
一、
1．电流
2．静电力
3．(1)电压 电流 时间 (2)UIt (3)焦耳
4．(1)通电时间 (2)UI (4)瓦特 W
二、
1．电流的二次方 导体的电阻 通电时间
2．I2Rt
3．(2)I2R (3)发热快慢
三、
1．纯电阻
2．(2)UI I2R
3．化学
情境思考
答案：(1)√ (2)√ (3)× (4)×
共研 突破关键能力
目标一
提示：(1)在金属导体中，在电场力作用下运动的自由电子频繁地与离子碰撞，把定向移动的动能传给离子，使离子热运动加剧，将电能完全转化为内能．
(2)电流通过导体时产生的热量Q等于电流I的二次方、导体的电阻R和通电时间t三者的乘积，因为烙铁头的电阻大，在通电电流和通电时间相同时，烙铁头产生的热量多，导线的电阻很小，产生的热量少，所以烙铁头的温度高于导线的温度．
[例1] 解析：电功率公式P＝，表示电功率越大，电流做功越快．对于一段电路，有P＝UI，I＝，焦耳热Q＝()2Rt，可见Q与P、U、t、R都有关，所以P越大，Q不一定越大，A错误；W＝UIt是电功的定义式，适用于任何电路，而I＝、W＝I2Rt＝t只适用于纯电阻电路，B正确；在非纯电阻电路中，W＝Q＋W其他，所以W>Q，故UI>I2R，C正确；Q＝I2Rt是焦耳热的定义式，适用于任何电路，D正确．
答案：BCD
[例2] 解析：由题知，两灯泡额定电压相等，A灯泡的额定功率较大，由P＝可知，A灯泡的电阻较小，即RB>RA，题图A中灯泡A和B串联在220 V的电源上，由串联电路的分压特点可知，两灯泡两端的电压均不等于110 V，所以都不能正常工作，A错误．题图中灯泡A和可变电阻R并联后又和灯泡B串联，由并联电路中电阻越并越小，小于任何一个分电阻可知，B灯泡的电阻一定大于并联部分的总电阻，由串联电路的分压特点可知，两灯泡两端的电压均不等于110 V，所以都不能正常工作，B错误．选项C中灯泡B和可变电阻R并联后又和灯泡A串联，由电阻的并联可知，可变电阻调节合适时可以使并联部分的电阻和灯泡A的电阻相等，即两灯泡可以同时正常发光．选项D中灯泡A和灯泡B并联后又与可变电阻R串联，当可变电阻的阻值和两灯泡并联的电阻相等时它们可以同时正常发光，由并联电路中干路电流等于各支路电流之和可知，选项C中电路的总电流为A灯泡的额定电流，选项D中电路的总电流等于A和B两灯泡的额定电流之和，由P＝UI可知，选项C中电路消耗的功率最小．故选C.
答案：C
[训练1] 解析：因为电压U相同，两盏电灯串联后，L1两端电压小于U；两盏电灯并联后，加在电灯两端的电压都为U，因此并联后的灯泡较亮，选项B正确．
答案：B
[训练2] 解析：根据P＝可得甲、乙灯的电阻分别为R甲＝12 Ω，R乙＝12 Ω，甲、乙两灯并联，由W＝t可得W甲∶W乙＝R乙∶R甲＝12 Ω∶12 Ω＝1∶1，故A错误；当两只灯泡并联在U＝6 V电源两端时U甲实＝U乙实＝U＝6 V，甲、乙两灯的电压之比是1∶1，故B错误；根据I＝，因为电阻相等，所以两灯电流之比为I甲∶I乙＝1∶1，故C错误；根据P＝，两灯电压相等，电阻相等，所以甲、乙两灯的实际电功率之比是1∶1，故D正确．
答案：D
目标二
提示：不同，因为电风扇是非纯电阻元件，因此不能用Q＝t求它在正常工作时产生的电热，只能用Q＝I2Rt求其所产生的电热，因内阻未知，所以无法计算．但我们可以从能量转化的角度来分析，白炽灯通电时将电能全部转化为内能，而电风扇通电后消耗的电能一部分转化为电热，另一部分转化为机械能．
[例3] 解析：由电路图可知，L1、L2串联后与L3并联，其中L3两端电压最大，它消耗的电功率为10 W时，因L1与L2串联，且电阻相等，则分配在L1与L2两灯上的电压都是灯L3两端电压的一半．所以P1＝P2＝＝＝＝ W＝2.5 W．则整个电路消耗的功率P＝P1＋P2＋P3＝(2.5＋2.5＋10) W＝15 W，故C项正确．
答案：C
[例4] 解析：当电流表和电压表的示数为0.5 A和1.0 V时，电动机停止转动，电动机中只有电动机的内阻消耗电能，其阻值r＝＝ Ω＝2 Ω.
当电动机正常工作时，电流表、电压表示数分别为2.0 A和15.0 V，则电动机的总功率P总＝U2I2＝15.0×2.0 W＝30.0 W.
线圈电阻的热功率P热＝r＝2.02×2 W＝8.0 W
所以电动机的输出功率
P输出＝P总－P热＝30.0 W－8.0 W＝22.0 W.
答案：22.0 W 2 Ω
[训练3] 解析：B、C两个灯泡并联，UB＝UC，B、C两个灯泡消耗的实际功率相同，则由P＝可得RB＝RC，IA＝2IB＝2IC，则由P＝I2R可得RA∶RB∶RC＝1∶4∶4，故选D.
答案：D
[训练4] 解析：(1)车灯接通电动机未启动时，只有S1闭合，灯泡和电阻串联，电流表示数为10 A，由题图乙可知，灯泡两端的电压是12 V，定值电阻R的阻值R＝＝＝＝0.05 Ω.
(2)电动机启动前，车灯的功率为P1＝ULIL＝12 V×10 A＝120 W．车灯接通电动机启动时，电动机和灯泡并联，电流表测量干路中的电流，定值电阻R两端的电压U1＝IR＝70 A×0.05 Ω＝3.5 V，灯泡和电动机两端的电压UL1＝UM＝U－U1＝12.5 V－3.5 V＝9 V.
由图乙可知，通过灯泡的电流是9 A，车灯的功率为
P2＝UL1IL1＝9 V×9 A＝81 W，
则车灯功率减少了ΔP＝P1－P2＝120 W－81 W＝39 W.
(3)车灯接通电动机启动时，通过电动机的电流
IM＝I－IL1＝70 A－9 A＝61 A.
车灯接通电动机启动2 s过程中电动机消耗的电能W＝UMIMt＝9 V×61 A×2 s＝1 098 J.
答案：(1)0.05 Ω (2)39 W (3)1 098 J
精练 落实学科素养
1．解析：已知白炽灯和LED灯的额定功率分别为60 W和10 W，根据公式W＝Pt得全国一年节省的电能最接近W＝2ΔPt＝2×(0.06－0.01)×4.5×108×3 h×365 kW·h＝4.9×1010kW·h，故B正确．
答案：B
2．解析：已知两个电阻的阻值之比是2∶1，通过的电流之比是2∶1，则相等时间内产生的热量之比＝＝＝，故D正确．
答案：D
3．解析：由题图可知，当电流为0.4 A时，电压为50 V，则由欧姆定律可知，阻值为R＝＝Ω＝125 Ω，故B正确，A错误；由P＝UI可知，该元器件消耗的电功率为20 W，故C正确，D错误．
答案：BC
4．解析：因为电动机是非纯电阻用电器，欧姆定律不成立，A、B错误；电动机两端的电压为UM＝U－U1，通过电动机的电流为IM＝IR＝，电动机消耗的功率为PM＝UMIM＝(U－U1)，C正确；对电动机有PM＞P热，代入得(U－U1)＞()2r，化简可得＞，D正确．
答案：CD
5．解析：骑行一小时，消耗电能约为W＝UIt＝36×6×10－3×1 kW·h＝0.216 kW·h，A错误；充满电续航时间约为t′＝≈1.67 h，B错误；电动机输入功率为P＝UI＝36×6 W＝216 W，电动机热功率为P热＝P－P出＝I2r＝16 W，电动机内阻约为r≈0.44 Ω，C错误，D正确．
答案：D2．闭合电路的欧姆定律
核 心 素 养 定 位 物理观念 (1)知道电源是通过非静电力做功将其他形式的能转化为电能的装置，知道电动势的定义式． (2)能根据闭合电路的欧姆定律解释路端电压与负载的关系．知道欧姆表测量电阻的原理．
科学思维 理解闭合电路的欧姆定律，通过探究电源两端的电压与电流的关系体会图像法在研究物理问题中的作用．
科学探究 经历闭合电路的欧姆定律的理论推导过程，理解内、外电路的能量转化，体会能量转化、守恒定律在电路中的具体应用．
科学态度与责任 了解电源短路可能会带来的危害，加强安全用电意识．
一、电动势
1．非静电力
(1)非静电力：在电源内部要使正电荷向正极移动，就一定要有一种与静电力方向相反的力作用于电荷，这种力叫作非静电力．
(2)来源：在化学电池中，非静电力是________作用，它使化学能转化为电势能；在发电机中，非静电力是________作用，它使机械能转化为电势能．
2．电源
通过非静电力做功把____________的能转化为电势能的装置．
3．电动势
(1)定义：非静电力所做的________与所移动的________之比叫作电动势．
(2)公式：E＝________．
由电源本身性质决定
(3)单位：伏特(V)．
(4)大小：电动势在数值上等于非静电力把________的正电荷在电源内从负极移送到正极所做的功．
二、闭合电路的欧姆定律及其能量分析
1．闭合电路
(1)闭合电路是指由电源和____________及导线组成的完整的电路．
(2)内电路：如图所示，____________的电路叫内电路，________的电阻叫内电阻．
(3)外电路：____________的电路叫外电路，外电路的电阻称为外电阻．
2．闭合电路中的能量转化
(1)时间t内电源输出的电能(等于非静电力做功的大小)为W＝Eq＝________．
(2)在时间t内，外电路转化的内能为Q外＝________．内电路转化的内能为Q内＝________．
(3)根据能量守恒定律，非静电力做的功W＝Q外＋Q内，即EIt＝________________，进一步得I＝.
3．闭合电路的欧姆定律
(1)内容：闭合电路的电流跟电源的________成正比，跟________________成反比．
(2)表达式：I＝.
干路电流
(3)另一种表达形式：E＝____________．即电源的电动势等于内、外电路____________之和．
4．内电压、路端电压与电动势的关系
内电路的电势降落称为U内，外电路总的电势降落称为U外．
三、路端电压与负载的关系
1．负载：外电路中的用电器．
2．路端电压：外电路的电势降落．
3．路端电压与电流的关系
(1)公式：U＝________．
(2)电源的U-I图像
【情境思考】
疫情防控期间，学校要求严格实行体温每日三检制度．体温检测员小张同学仔细研究了班里的额温枪及其技术参数，发现它以两节干电池(内阻不可忽略)为电源，工作电流为5 mA，能通过传感器检测人体向外辐射的红外线，根据红外线能量的强弱，快速、准确且无接触地测量体温．
工作温度：0～45 ℃(建议16～45 ℃)
电源：2×1.5 V 工作电流：5 mA
待机电流：10 μA 测量时间：1 s
测量精度：±0.2 ℃(16～35 ℃) 显示精度：0.1 ℃
量程：0～60 ℃(超出35～42 ℃精度下降)
根据以上描述，判断以下问题．
(1)额温枪工作时，电池组两极间的电压为3 V．( )
(2)若换用两节充满电的800 mA·h充电电池，则可测温5.76×104次．( )
(3)额温枪工作时，电路中每通过1 C电荷，每节电池都能把1.5 J化学能转化为电能．( )
拓展 1 几种电源：
电源 型号 每通过1 C电荷增加的能量
干电池 1．5 V 1.5 J
锌锰电池 1．5 V 1.5 J
碱性电池 9 V 9 J
铅蓄电池 2 V 2 J
金属锂电池 3．7 V 3.7 J
拓展 2
常用的不同型号的干电池，如1号、5号、7号干电池，其电动势一般都为1.5 V，这说明了什么？
提示：说明了不同型号干电池的非静电力做功的能力相同，在电池内非静电力把1 C的正电荷从干电池的负极移到正极所做的功都是1.5 J．
拓展 3 电动势与电压的区别
如图所示，电压表的示数就是电源的电动势吗？
提示：不是．电压表示数近似等于电源电动势．
说明：电动势和电压是两个不同的概念，电压跟静电力对应，电动势跟非静电力对应．
拓展4 根据能量守恒定律，非静电力做的功应等于内、外电路中电能转化为其他形式的能的总和，即EIt＝I2Rt＋I2rt，得出E＝U＋Ir.
拓展 5 [教材问题]
在U-I图像中，当外电路断开时，路端电压等于图像的纵轴截距，即U＝E．
当电源两端短路时，由于电源有内阻，电流不是无限大，图像横轴的截距等于外电路短路时的电流I0＝.
目标一 电动势的理解
【归纳】
1．电源
电源是通过非静电力做功把其他形式的能转化为电势能的装置．
(1)在化学电池(干电池、蓄电池)中，非静电力是化学作用，它使化学能转化为电势能．
(2)在发电机中，非静电力是电磁作用，它使机械能转化为电势能．
2．电动势
(1)电源的电动势是表征电源把其他形式的能转化为电能的本领大小的物理量，即非静电力移送相同电荷量的电荷做功越多，做功本领越强，则电动势越大．
(2)公式E＝是电动势的定义式而不是决定式，E的大小与W和q无关，是由电源自身的性质决定的，不同种类的电源电动势大小不同．
(3)电动势在数值上等于非静电力把1 C的正电荷在电源内从负极移送到正极所做的功．
【典例】——————————————————○
例1 下列有关电动势的说法正确的是( )
A．电源的电动势跟电源内非静电力做的功成正比，跟通过的电荷量成反比
B．电源的电动势等于电源没有接入电路时电源两极间的电压，当电源接入电路时，电动势将发生改变
C.非静电力做的功越多，电动势越大
D．E＝只是电动势的定义式而非决定式，电动势的大小由电源内非静电力的特性决定
[训练1] 关于电源和电动势，下列说法中正确的是( )
A．在电源内部非静电力把正电荷从正极移动到负极
B．对于给定的电源，移动正电荷非静电力做功越多，电动势就越大
C．电动势是反映电源把其他形式的能转化为电能本领强弱的物理量
D．电动势越大，说明非静电力在电源内部把正电荷从负极向正极移送电荷量越多
[训练2] (多选)如图所示为一块手机电池的背面印有的一些信息，下列说法正确的是( )
A．该电池的容量为500 mA·h，表示电池储存能量的多少，mA·h为能量单位
B．该电池的电动势为3.6 V
C．该电池在工作1 h后达到的电流为500 mA
D．若电池以10 mA的电流工作，可用50 h
目标二 闭合电路欧姆定律的理解
【归纳】
1．内、外电路中的电势变化
如图所示，外电路中电流由电源正极流向负极，沿电流方向电势降低，内电路中电流由电源负极流向正极，沿电流方向电势升高．
2．闭合电路的欧姆定律的表达形式
表达式 物理意义 适用条件
I＝ 电流与电源电动势成正比，与电路总电阻成反比 纯电阻电路
E＝I(R＋r)① E＝U外＋Ir② E＝U外＋U内③ 电源电动势在数值上等于电路中内、外电压之和 ①式适用于纯电阻电路 ②、③式普遍适用
【典例】——————————————————○
例2 在闭合电路中，下列叙述正确的是( )
A．当外电路断开时，路端电压等于零
B．闭合电路的电流跟电源的电动势成正比，跟内外电路的电阻之和成反比
C．当外电路短路时，电路中的电流趋近于无穷大
D．当外电阻增大时，路端电压将减小
例3 在如图所示的电路中，R1＝9 Ω，R2＝5 Ω，当a、b两点接理想电流表时，其读数为0.5 A；当a、b两点间接理想电压表时，其读数为1.8 V．求电源的电动势和内电阻．
思维提升
闭合电路问题的求解方法
(1)分析电路特点：认清各元件之间的串、并联关系，特别要注意电压表测量哪一部分的电压，电流表测量哪个用电器的电流．
(2)求干路中的电流：若各电阻阻值和电动势都已知，可用闭合电路的欧姆定律直接求出，也可以利用各支路的电流之和来求．
(3)应用闭合电路的欧姆定律解决问题时，应根据部分电路的欧姆定律和电路的串、并联特点求出部分电路的电压和电流．
[训练3] 如图所示，R3＝0.5 Ω，S断开时，两表读数分别为0.8 A和4.8 V，S闭合时，它们的读数分别变为1.4 A和4.2 V．两表均视为理想表．
(1)求R1、R2的阻值．
(2)求电源的电动势和内阻．
[训练4] 如图所示，M为一线圈电阻RM＝0.5 Ω的电动机，R＝8 Ω，电源电动势E＝10 V，当S断开时，电流表的示数I1＝1 A，当开关S闭合时，电流表的示数为I2＝3 A．电流表为理想电表．
(1)求电源内阻r.
(2)求开关S断开时，电阻R消耗的功率P.
(3)求开关S闭合时，通过电动机M的电流大小IM.
目标三 路端电压与负载的关系
【导思】
我们常见到这样的情景，傍晚时段，万家灯火，但是灯光较暗；而夜深人静的时候，灯光特别亮．在家用电器使用中，打开大功率的空调后，你会发现灯泡会变暗，而关掉空调后灯泡又会马上亮起来．
如何解释上述现象呢？
【归纳】
1．路端电压随外电阻变化的规律
(1)当外电阻R增大时，由I＝可知电流I减小，路端电压U＝E－Ir增大．
(2)当外电阻R减小时，由I＝可知电流I增大，路端电压U＝E－Ir减小．
(3)两种特殊情况：当外电路断开时，电流I变为0，U＝E，即断路时的路端电压等于电源电动势；当电源短路时，外电阻R＝0，此时I＝.
2.由U＝E－Ir知，电源的U-I图像是一条倾斜的直线．如图所示，图像中U轴截距E表示电源电动势，I轴截距I0等于短路电流(纵、横坐标都从零开始)，斜率的绝对值表示电源的内阻．
【典例】——————————————————○
例4 电源电动势为E，内阻为r，向可变电阻R供电．关于路端电压，下列说法正确的是( )
A．因为电源电动势不变，所以路端电压也不变
B．因为U＝IR，所以当I增大时，路端电压也增大
C．因为U＝E－Ir，所以当I增大时，路端电压减小
D.若外电路断开，则路端电压为零
[训练5] 如图所示是甲、乙为两个独立电源的路端电压U与通过它们的电流I的关系图线，下列说法中正确的是( )
A．路端电压都为U0时，它们的外电阻相等
B．电流都是I0时，两电源的内电压相等
C．电源甲的电动势小于电源乙的电动势
D．电源甲的内阻小于电源乙的内阻
目标四 欧姆表的原理
【归纳】
1．欧姆表的原理(如图所示)
2．欧姆表表盘的刻度标注
刻度 标注方法 标注位置
“0 Ω” 红、黑表笔短接，调节欧姆调零旋钮，使指针满偏，被测电阻Rx＝0 满偏电流Ig处
“∞” 红、黑表笔不接触，表头指针不偏转，被测电阻Rx＝∞ 电流为零处
中值电阻 Rx中＝r＋R＋Rg＝RΩ 刻度盘正中央
“Rx” 红、黑表笔接Rx，Ix＝，Rx与Ix一一对应 与Rx对应电流Ix处
3.欧姆表的表盘刻度特点
(1)欧姆表的表盘刻度不均匀且与其他电表(如电流表、电压表)的刻度是相反的．
(2)从表盘上看，“左密右疏”，电阻零刻度线是电流最大刻度，电阻“∞”刻度线是电流零刻度，欧姆表可测阻值为0～∞的电阻．
4．欧姆表测电阻的误差分析
使用旧电池给测量带来误差：电池使用较长时间后，电动势会下降，会使电阻测量值偏大，要及时更换新电池，由于调零电阻的存在，电池内阻的变化不会引起误差．
例5 欧姆表是在电流表的基础上改装而成的．欧姆表内有电源，其简化电路如图所示．设电源的电动势为E，内阻为r，电流表的电阻为Rg，可调电阻为R1，电流表的满偏电流为Ig.
(1)测量前需将红、黑表笔短接(相当于被测电阻为0)，调节可调电阻R1使电流表满偏，根据闭合电路欧姆定律，电流表的满偏电流Ig＝________(用题目中给出的物理量表示)．
(2)此后，将红、黑表笔之间接入待测电阻Rx，电流表指针指在Ix处，由闭合电路欧姆定律可得Rx＝________(用题目中给出的物理量表示)．
(3)若电流表的满偏电流Ig＝200 mA，电源电动势E＝3 V，请把电流表的电流刻度值对应的欧姆表电阻值填在下表中．
电流刻度(mA) 0 50 100 150 200
电阻刻度(Ω) ∞ ________ 15 5 0
(4)现测量一个待测电阻大约180 Ω左右的电阻，需要选择开关旋转到欧姆挡________(选填“×1”“×10”或“×100”)位置．
[训练6] 把一量程6 mA、内阻100 Ω的电流表改装成欧姆表，电路如图所示．现备有如下器材：A.电源E＝3 V(内阻不计)；B.滑动变阻器0～100 Ω；C.滑动变阻器0～500 Ω；D.红表笔；E.黑表笔．
(1)滑动变阻器选用________________．
(2)红表笔接________端，黑表笔接________端．(选填“M”或“N”)
(3)按正确方法测量Rx，指针指在电流表2 mA刻度处，则电阻值应为________；若指在电流表3 mA刻度处，则电阻值应为________．
(4)若该欧姆表使用一段时间后，电池电动势变小，内阻变大，但此表仍能调零，按正确使用方法再测上述电阻Rx，其测量结果与原结果相比将________(选填“偏大”“偏小”或“不变”)．
1．(多选)关于电源，下列说法中正确的是( )
A．电源的电动势和电压单位相同，因此电动势就是电压
B.电源是通过非静电力做功把其他形式的能转化为电势能的装置
C．电源的电动势E＝表明，电源的电动势大小与非静电力做的功成正比
D．电源把正电荷从负极搬运到正极的过程中，非静电力做功使电荷的电势能增加
2．铅蓄电池的电动势为2 V，这表示( )
A．电源将1 C的正电荷从正极移至负极的过程中，2 J的化学能转变为电能
B．电源将1 C的正电荷从负极移至正极的过程中，2 J的化学能转变为电能
C．铅蓄电池在1 s内将2 J的化学能转变为电能
D．铅蓄电池比干电池(电动势为1.5 V)的体积大，故电动势大
3.如图所示为某一电源的U-I图线，由图可知( )
A．电源电动势为2 V
B．电源内电阻为Ω
C．电源短路时电流为6 A
D．电路路端电压为1 V时，电路中电流为4 A
4.如图所示的是握力计的原理图，其中弹簧上端和滑动变阻器滑片固定在一起，AB间有可收缩的导线，R0是保护电阻，电压表示数会随压力变化而变化．不计AB间可收缩导线的电阻的变化，则当握力F增加时，电压表的示数将( )
A．变大 B．变小
C．不变 D．无法确定
5.如图所示的电路中，当开关S接a点时，标有“4 V 8 W”的小灯泡L正常发光，当开关S接b点时，通过电阻R的电流为1 A，这时电阻R两端的电压为5 V．
(1)求电阻R的阻值．
(2)求电源的电动势和内阻．
2．闭合电路的欧姆定律
导学 掌握必备知识
一、
1．(2)化学 电磁
2．其他形式
3．(1)功 电荷量 (2) (4)1 C
二、
1．(1)用电器 (2)电源内部 电源 (3)电源外部
2．(1)EIt (2)I2Rt I2rt (3)I2Rt＋I2rt
3．(1)电动势 内、外电路的电阻之和 (3)U外＋U内 电势降落
三、
3．(1)E－Ir
情境思考
答案：(1)× (2)× (3)√
共研 突破关键能力
目标一
[例1] 解析：电动势的关系式E＝是比值定义式而非决定式，不能说E和W成正比，和q成反比，电动势的大小由电源内非静电力的特性决定，故A错误，D正确；电源电动势是表示电源将其他形式的能转化为电能本领大小的物理量，其大小与外电路无关，电源电动势大小等于电源没有接入电路时电源两极间的电压，故B错误；非静电力做的功多，若移动电荷的电荷量很大，电动势不一定大，故C错误．
答案：D
[训练1] 解析：在电源内部非静电力把正电荷从负极移动到正极，A错误；对于给定的电源，非静电力把单位正电荷从负极向正极移做功越多，电动势就越大，B、D错误；电动势是反映电源把其他形式的能转化为电能本领强弱的物理量，C正确．
答案：C
[训练2] 解析：电池上的3.6 V表示电池的电动势，500 mA·h表示电池的容量，可以由电池容量计算电池在一定放电电流下使用的时间，由500 mA·h＝t×10 mA得，t＝50 h．电池的容量表示电池工作时能移动的电荷量的多少，mA·h是电荷量单位，故A、C错误，B、D正确．
答案：BD
目标二
[例2] 解析：根据闭合电路欧姆定律U＝E－Ir可知，当外电路断开时，电流I＝0，路端电压U＝E，A错误；根据闭合电路欧姆定律I＝可知，闭合电路的电流跟电源的电动势成正比，跟内外电路的电阻之和成反比，B正确；当外电路短路时，R＝0，短路电流I短＝，电源内阻r>0，所以电路中的电流不会趋近于无穷大，C错误；当外电阻增大时，电流减小，内电压减小，路端电压将增大，D错误．
答案：B
[例3] 解析：当a、b两点间接理想电流表时，R1被短路，回路中的电流I1＝0.5 A，由闭合电路欧姆定律得E＝I1(R2＋r)，
当a、b两点间接理想电压表时，回路中的电流I2＝A＝0.2 A，由闭合电路欧姆定律得E＝I2(R2＋R1＋r)，
联立解得E＝3 V，r＝1 Ω.
答案：3 V 1 Ω
[训练3] 解析：(1)当S断开时R1＝＝6 Ω，
当S闭合时R并＝＝3 Ω，
根据并联电阻的特点得R并＝，解得R2＝6 Ω.
(2)当S断开时，由闭合电路欧姆定律得E＝I1(R3＋r)＋U1，
当S闭合时，E＝I2(R3＋r)＋U2，
解得E＝5.6 V，r＝0.5 Ω.
答案：(1)6 Ω 6 Ω (2)5.6 V 0.5 Ω
[训练4] 解析：(1)当S断开时，根据闭合电路欧姆定律
E＝I1(R＋r)即10＝1×(8＋r)，解得r＝2 Ω.
(2)电阻R消耗的功率P＝R＝12×8 W＝8 W.
(3)路端电压U＝E－I2r＝(10－3×2)V＝4 V，
R支路电流IR＝＝ A＝0.5 A，
电动机的电流IM＝I2－IR＝(3－0.5)A＝2.5 A.
答案：(1)2 Ω (2)8 W (3)2.5 A
目标三
提示：用电高峰时段或打开大功率的空调后，电路中接入了较多的用电器，由于这些用电器是并联的，总电阻变小了，干路电流就会变大，干路导线中的电阻消耗的电压多，灯泡两端的电压变小，因此灯泡的亮度就变暗了．
[例4] 解析：路端电压U＝IR＝E－Ir，因为I增大时，R减小，所以不能用U＝IR判断路端电压的变化情况，根据U＝E－Ir可知，当I增大时，路端电压减小，所以A、B错误，C正确；当外电路断开时，路端电压为E，D错误．
答案：C
[训练5] 解析：当路端电压为U0时，回路电流也相同，R外＝相同，A正确；纵轴截距表示电动势，故电源甲的电动势大于电源乙的电动势，C错误；斜率的绝对值表示内阻的大小，故电源甲的内阻大于电源乙的内阻，故D错误；由于二者内阻不同，故电流为I0时内电压不相等，B错误．
答案：A
目标四
[例5] 解析：(1)欧姆调零时，两表笔短接，电流表满偏，则根据闭合电路欧姆定律，可以写出此时电路的电流的大小Ig＝.
(2)接入待测电阻后，同样根据闭合电路欧姆定律有
Ix＝，解得Rx＝.
(3)两表笔直接相连欧姆调零时，由闭合电路欧姆定律有
E＝IgR内，
两表笔之间接有R′x未知电阻时，电流指针为
I′x＝50 mA，
由闭合电路欧姆定律得E＝I′x(R内＋R′x)
解得R′x＝45 Ω.
(4)指针指在表盘的中央处左右时，读数较准确，由于待测电阻大约为180 Ω，而表盘中央刻度为15，所以要使表针指在中央左右，则倍率应选择“×10”．
答案：(1) (2) (3)45 (4)×10
[训练6] 解析：(1)两表笔直接接触时，调节滑动变阻器的阻值使电流达到满偏Ig＝，
解得R0＝400 Ω，故滑动变阻器应选C.
(2)红表笔接内部电源的负极，黑表笔接内部电源的正极，所以红表笔接N端，黑表笔接M端．
(3)电流I＝2 mA时，有I＝，解得Rx＝1 000 Ω.
电流I′＝3 mA时，I′＝，解得R′x＝500 Ω.
(4)当电池电动势变小，内阻变大时，欧姆表重新调零，由于满偏电流Ig不变，由公式Ig＝，欧姆表内阻得调小，待测电阻的阻值是通过电流表的示数体现，由公式I＝＝＝，可知当r内变小时，接入同样的被测电阻，通过的电流变小，欧姆表读数变大．
答案：(1)C (2)N M (3)1 000 Ω 500 Ω (4)偏大
精练 落实学科素养
1．解析：电源的电动势和电压单位相同，但是电动势与电压是不同的概念，A错误；电源是通过非静电力做功把其他形式的能转化为电势能的装置，B正确；电源的电动势E＝是定义式，电源的电动势由电源本身性质决定，与非静电力做的功无关，C错误；电源把正电荷从负极搬运到正极的过程中，非静电力做功使电荷的电势能增加，D正确．
答案：BD
2．解析：铅蓄电池的电动势为2 V，表示非静电力将1 C正电荷从电源的负极通过电源内部移送到正极时所做的功为2 J，即2 J的化学能转变为电能，与时间无关，故A、C错误，B正确；电源的电动势表示电源将其他形式的能转化为电能的本领，铅蓄电池的电动势比一节干电池的电动势大，与二者的体积大小无关，故D错误．
答案：B
3．解析：在U-I图线中，纵轴截距表示电源电动势，A正确；横轴截距表示短路电流，C错误；U-I图线斜率的绝对值表示电源的内电阻，则r＝ Ω＝0.2 Ω，B错误；当电路路端电压为1 V时，内电阻分得的电压U内＝E－U外＝2 V－1 V＝1 V，则电路中的电流I＝＝ A＝5 A，D错误．
答案：A
4．解析：当握力F增加时，AB间距减小，则滑动变阻器接入电路的电阻变大，电路的总电阻变大，总电流减小，则R0和电源内阻的电压减小，则滑动变阻器两端电压变大，即电压表的示数将变大．故选A.
答案：A
5．解析：(1)当开关S接b点时，由欧姆定律得，电阻R的阻值为R＝＝ Ω＝5 Ω.
(2)当开关S接a时，U1＝4 V，I1＝＝ A＝2 A，根据闭合电路的欧姆定律得
E＝U1＋I1r，E＝U2＋I2r
联立解得E＝6 V，r＝1 Ω.
答案：(1)5 Ω (2)6 V 1 Ω4．能源与可持续发展
核 心 素 养 定 位 物理观念 列举各种实例，说明能量是如何转化的，解释能量守恒定律的含义．
科学思维 通过实例分析能量耗散，认识自然界中能量转化的方向性．
科学态度与责任 (1)收集资料，讨论能源的开发和利用所带来的环境问题，认识环境污染的危害，具有环境保护的意识和行动． (2)了解太阳能、水能、核能和风能等能源的开发利用，知道利用能源是人类生存和社会发展的必要条件之一．知道人类利用的能源来自可再生能源和不可再生能源，认识合理使用能源的必要性，具有可持续发展观念，养成节能的习惯．
一、能量守恒定律
1．内容：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式________为其他形式，或者从一个物体________到别的物体，在________或________的过程中，能量的总量____________．
2．意义：能量守恒定律的建立，是人类认识自然的一次重大飞跃．它是最________、最________、最________的自然规律之一，而且是大自然普遍和谐性的一种表现形式．
二、能量转移或转化的方向性
1．一切与热现象有关的宏观自然过程都是________的．
2．能量的耗散：在能量转化过程中流散到周围环境中的内能很难再______
不违背能量守恒定律
起来重新利用的现象．
3．节约能源的根本原因：在能源的利用过程中，能量在数量上虽未减少，但在可利用的品质上________了，从便于利用的能源变为不便于利用的能源．
4．自然界中的宏观过程具有________性．
三、能源的分类与应用
1．能源的分类
(1)不可再生能源：煤炭、石油和天然气是目前人类生产、生活中使用的主要能源，这类能源又叫作________能源．化石能源无法在短时间内再生，所以这类能源被叫作不可再生能源．
(2)可再生能源：水能和风能等能源，归根结底来源于太阳能．这些能源在自然界可以再生，叫作可再生能源．
2．能源的开发与应用
近年来，我国在能源开发方面取得了很大的成就，如________发电、水力发电、________发电、________发电．
四、能源与社会发展
1．人类对能源的利用大致经历了三个时期，即柴薪时期、____________和____________．自工业革命以来，____和________成为人类的主要能源．
2．____________和____________已成为关系到人类社会能否持续发展的大问题．
3．____________反映了能量转化的宏观过程具有方向性，所以自然界的能量虽然________，但还是很有必要节约能源．
4．人类与能源的关系
(1)有利方面：能源的利用给人类的生活带来了极大的改善，人类社会每一次重大的经济飞跃和生产革命，都与新的能源和动力机械的利用密切相关，能量消耗的多少已经成为一个国家和地区经济发展水平的重要标志．
(2)不利方面：能源的大量使用会给环境带来极大的破坏，如大气污染、温室效应、酸雨等，对人类造成很大的危害．
【情境思考】
如图所示为抽水蓄能电站结构．它有两种工作模式，一种为抽水蓄能模式：居民用电低谷时(如深夜)，电站利用居民电网多余电能把水从下水库抽到上水库；另一种为放水发电模式： 居民用电高峰时，将上水库中的水放到下水
库进行发电，将产生的电能输送到居民电网供居民使用．一抽一放起到了均衡电网负荷的作用．
根据以上描述，判断以下问题．
(1)抽水蓄能的过程中，能量守恒．( )
(2)放水发电的过程中，机械能守恒．( )
(3)抽水蓄能电站建成之后，可以使能量增多，就不会再有能源危机问题了．( )
拓展 1
拓展 2 能量转移或转化的方向性
(1)如图所示，燃料的化学能只是部分转化为有用的机械能．
(2)燃料的化学能部分转化为无用的能量，如废气内能、散热损失、机械损失等．
拓展 3 能源的分类与能量转化
拓展 4 社会发展与能源利用的关系
(1)火的使用是人类在能源使用上的第一个里程碑．
(2)蒸汽机开始了人类文明的新纪元．
(3)内燃机推动了机械化与电气化进程．
(4)蒸汽轮机和燃气轮机的发展为大规模发电和航空事业奠定了基础．
(5)清洁能源的广泛应用将使人类进入高度文明的时代．
目标一 能量转移或转化的方向
【导思】
如图所示为市面上出售的一种装有太阳能电扇的帽子．在阳光的照射下，小电扇快速转动，能给炎热的夏季带来一丝凉爽．
(1)该装置的能量是怎样转化的？
(2)可以把全部能量转化为机械能吗？
【归纳】——————————————————○
1．对能量守恒定律的理解
(1)能量守恒定律是普遍适用的，对宏观世界与微观世界、高速运动与低速运动等都成立．
(2)某种形式的能减少，一定有其他形式的能增加，且减少量和增加量一定相等．某个物体的能量减少，一定存在其他物体的能量增加，且减少量和增加量一定相等．
2．对能量的耗散的理解
(1)各种形式的能最终都转化为内能，流散到周围的环境中，分散在环境中的内能不管数量多么巨大，也不会再次自动聚集起来供人类重新利用．
(2)从可被利用的价值来看，内能较之机械能、电能等，是一种低品质的能量．由此可知，能量的耗散虽然不会导致能量的总量减少，却会导致能量品质的降低，实际上是将能量从高度有用的形式降级为不大可用的形式．
(3)能量的耗散从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性．能源的利用受这种方向性的制约，能源的利用是有条件的，也是有代价的．
【典例】——————————————————○
例1 (多选)行驶中的汽车制动后滑行一段距离，最后停下；流星在夜空中坠落并发出明亮的火焰；降落伞在空中匀速下降；条形磁铁在下落过程中穿过闭合线圈，线圈中产生电流．上述不同现象所包含的相同物理过程是( )
A．物体克服阻力做功
B．物体的动能转化为其他形式的能量
C．物体的势能转化为其他形式的能量
D．物体的机械能转化为其他形式的能量
例2 热现象过程中不可避免地出现能量的耗散现象．所谓能量的耗散是指在能量转化的过程中无法把耗散的能量重新收集、重新加以利用．下列关于能量的耗散的说法中正确的是( )
A．能量的耗散是指在一定条件下，能量在转化过程中总量减少了
B．能量的耗散表明，能量守恒定律具有不定期的局限性
C．能量的耗散表明，在能源的利用过程中，能量在数量上并未减少，但在可利用的品质上降低了
D．能量不可能耗散，能量守恒定律反映了自然界中能量转化的宏观过程可以有任意的方向性
思维提升
利用能量转化与转移解题的两点注意
(1)能量既可通过做功的方式实现不同形式的能量之间的转化，也可在同一物体的不同部分或不同物体间进行转移．
(2)能量在转化与转移过程中，能量的总量保持不变．利用能量守恒定律解题的关键是正确分析有多少种能量变化，分析时避免出现遗漏．
[训练1] (多选)电冰箱能够不断地把热量从温度较低的冰箱内部传给温度较高的外界空气，下列说法正确的是( )
A．热量能自发地从低温物体传到高温物体
B．在一定条件下，热量可以从低温物体传到高温物体
C．热量的传递过程不具有方向性
D．在自发的条件下热量的传递过程具有方向性
[训练2] 为了节能减排，我国大力发展新能源汽车．如图所示电源正在给电动汽车中的锂电池充电，下列说法正确的是( )
A．充电时电能全部转化为汽车的机械能
B．充电时电能全部转化为锂电池的化学能
C．汽车加速运动时锂电池减少的化学能部分转化为汽车的动能
D．汽车匀速运动时锂电池减少的化学能全部转化为汽车的动能
目标二 能源的分类与应用 能源与社会发展
【归纳】
1．能源的分类
能源分类方法 能源分类名称 特点 举例
按形式或转换特点分 一次能源 自然形成，未经加工 太阳能、风能、地热能、核能、潮汐能
二次能源 由一次能源经加工转换而成 焦炭、木炭、蒸汽、液化气、酒精、汽油、电能
按利用技术分 常规能源 已大规模正常使用 煤、石油、天然气、水能
新能源 正在开发，或有新的利用方式 太阳能、核能、地热能、海洋能、沼气、风能
按可否再生分 可再生能源 可循环使用 水能、风能、生物质能、地热能
不可再生能源 短期内无法转换获得 煤、石油、天然气、核燃料
2.能源和环境污染
(1)温室效应：石油和煤炭的燃烧增加了大气中二氧化碳的含量，因此加剧了温室效应．温室效应使得两极的冰雪融化，海平面上升，淹没沿海城市，使海水倒流入河流，从而使耕地盐碱化；温室效应使全球降水量变化，影响气候和植被变化，影响人体健康．
(2)酸雨：酸雨是指pH值小于5.6的雨、雪或其他形式的大气降水．形成酸雨的主要原因是燃烧煤炭和石油，以及工业生产等释放到大气中的二氧化硫等物质使雨水酸度升高，形成“酸雨”，腐蚀建筑物、酸化土壤．
(3)光化学烟雾：内燃机工作时的高温使空气和燃料中的多种物质发生化学反应，产生氮的氧化物和碳氢化合物．这些化合物在大气中受到紫外线的照射，产生二次污染物质——光化学烟雾．这些物质有毒，会引起人的多种疾病．
另外，常规能源燃烧时产生的浮尘也是一种主要的污染物．
3．能源与社会发展
要实现可持续发展就要树立新的能源安全观，并转变能源的供需模式．一方面大力提倡节约能源，另一方面要发展可再生能源以及天然气、清洁煤和核能等清洁能源，推动人类与自然的和谐发展．
【典例】——————————————————○
例3 关于能源的利用和节约，下列说法正确的是( )
A．根据能量守恒定律知，能源的利用率应该是100%
B．因为能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，总是守恒的，所以节约能源的意义不大
C．节约能源只要提高节能意识就行，与科学进步无关
D．在能源的利用中，总会有一部分能源未被利用而损失掉
[训练3] (多选)关于能源的开发和利用，下列观点正确的是( )
A．能源是有限的，无节制地使用常规能源，是一种盲目的短期行为
B．根据能量守恒定律，能源是取之不尽、用之不竭的
C．能源的开发和利用，必须同时考虑其对生态环境的影响
D．不断开发新能源，是缓解能源危机、加强环境保护的重要途径
[训练4] 某市有20万台空调机，每台空调机在夏季平均使用60天，每天耗电8 kW·h.为了节约能源，该市政府建议大家都把室内设定温度提高1 ℃，这样每台空调机每天可节省6%的电能．那么这样做能使该市在夏季节省多少电能？已知标准煤的热值是2.92×107 J/kg.发电厂的发电效率是30%.请计算一下，这项节能建议的实现能在1年内节约多少吨标准煤？(结果均保留两位有效数字)
1．如图是一种新型“风光互补”节能路灯．它“头顶”小风扇，“肩扛”太阳能电池板，“腰挎”节能灯．下列说法正确的是( )
A．节能路灯利用的风能属于不可再生能源
B．小风扇利用风力发电，将电能转化为机械能
C．太阳能电池板是将光能转化为电能
D．太阳能电池板只能白天工作，风力发电机只能夜间工作
2．(多选)针对图中工厂烟囱向空中排放大量废气的现象，下列说法正确的是( )
A．排放废气不仅浪费能源，而且严重违反能量守恒定律
B．排放废气引起能量的耗散，但并没有违反能量守恒定律
C．当前存在着环境恶化和能源短缺问题，所以必须加强废气排放等污染治理
D．能量守恒定律揭示出了各种自然现象之间的相互联系与转化
3．[2023·江苏徐州期中]位于浙江安吉的长龙山抽水蓄能电站全部机组投产发电．该项目是华东地区最大的抽水蓄能电站，主要承担整个华东电网调峰、填谷的双倍调峰功能．电站在电网用电低谷时将水抽到高处，在电网用电高峰时再利用水能发电，平均用4度谷电能换3度峰电．电站每年可生产清洁电能2.435×109 kW·h.已知峰电价格0.50元，谷电价格0.30元．下列说法正确的是( )
A．水能是不可再生能源
B．该电站产生的电能小于消耗的电能，从经济的角度没有实际意义
C．电站实现电能转化为势能储存，需要时再转化为电能，说明能量不仅数量上守恒，在可利用的品质上也不变
D．电站每年发电直接产生的经济效益约为2.435×104万元
4.如图所示是我国古代的一种农业机械，它叫做水碾，是利用水的动能来做功的装置．当水冲击下部水轮时，转动的轮子会带动上部的碾来碾米．假若每秒冲击叶片的水量为10 kg，水速从5 m/s减小为1 m/s，则水碾每秒从水流中获得能量为多少？这些能量是否都被用来碾米？
4．能源与可持续发展
导学 掌握必备知识
一、
1．转化 转移 转化 转移 保持不变
2．普遍 重要 可靠
二、
1．不可逆 2.收集 3.降低 4.方向
三、
1．(1)化石
2．太阳能 风能 核能
四、
1．煤炭时期 石油时期 煤 石油
2．能源短缺 环境恶化
3．能量的耗散 守恒
情境思考
答案：(1)√ (2)× (3)×
共研 突破关键能力
目标一
提示：(1)太阳能→电能→机械能；
(2)小电扇工作时消耗电能，有内能损失，不可能全部转化为机械能．
[例1] 解析：行驶中的汽车制动后滑行一段距离，最后停下来是由于受到摩擦力的缘故，即克服摩擦力做功，该过程中把机械能转化为了内能；流星在夜空中坠落并发出明亮的光焰，即其与空气摩擦生热，即把机械能转化为了光能和热能，其过程也是克服阻力做功；降落伞在空中匀速下降，该过程中，其动能不变，重力势能减小，故机械能减小，即减小的机械能转化为内能，也是克服阻力做功；条形磁铁在下落过程中穿过闭合线圈，线圈中产生电流，该过程是电磁感应现象，即将机械能转化为电能，也是克服阻力做功的过程．据上面的分析不难看出，上述四个过程中均是克服阻力做功，均是消耗了机械能，即将机械能或转化为内能，或转化为光能，或转化为电能，即是把机械能转化为其他形式能的过程．故选A、D.
答案：AD
[例2] 解析：能量的耗散的过程中能量向品质低的能量转变，但是总的能量是守恒的，能量不能凭空产生，也不能凭空消失，但有方向性，故A、B错误，C正确；能量的耗散是从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性，机械能可以自发地转化为内能，但内能不可能全部转化为机械能而不引起其他变化，故D错误．
答案：C
[训练1] 解析：自然界一切自发过程都有方向性，如热传导，热量总是由高温物体自发地传向低温物体；又如扩散，气体总是自发地由密度大的地方向密度小的地方扩散．在外界帮助下气体可以由密度小的地方向密度大的地方扩散，热量可以从低温物体传向高温物体，电冰箱就是借助外界做功把热量从低温物体传向高温物体，故选B、D.
答案：BD
[训练2] 解析：充电时电能转化为锂电池的化学能，但不是全部转化，A、B错误；汽车加速运动时锂电池减少的化学能部分转化为汽车动能，部分转化为其他形式的能，C正确；汽车匀速运动时动能不变，锂电池减少的化学能全部转化为其他形式的能，D错误．
答案：C
目标二
[例3] 解析：能源的使用在任何情况下都不可能达到理想状态，做到没有任何损失，虽然遵从能量守恒定律，但它指的是损失部分和被利用部分总和与原来的能量总量相等，A错误，D正确；根据能量转化的方向性可知，能量经转化后，可利用的能量只可能减少，不可能增加，因此节能的意义重大，同时，只有节能意识是不够的，必须利用科技手段来提高能源的利用率，不断开发新能源，以满足人类社会可持续发展的需要，B、C错误．
答案：D
[训练3] 解析：能源是有限的，比如常规能源，所以无节制地利用常规能源是一种盲目的短期行为，故A正确；能量都转化为不能利用或不易利用的能源，所以这样会减少可利用资源的数量，因此应该节约能源，故B错误；能源的开发和利用，必须同时考虑其对生态环境的影响，故C正确；不断开发新能源是缓解能源危机加强环境保护的重要途径也是根本途径，故D正确．
答案：ACD
[训练4] 解析：设可节省的电能为E，则
E＝8×6%×60×20×104 kW·h＝5.76×106 kW·h≈2.1×1013 J，
设1年内节约的标准煤的质量为m，
由能量守恒定律有2.92×107 J/kg×m×30%＝2.1×1013 J，
解得m≈2.4×106 kg＝2.4×103 t.
答案：2.1×1013 J 2.4×103 t
精练 落实学科素养
1．解析：风能是可再生资源，故A错误；小风扇利用风力发电，将机械能转化为电能，故B错误；太阳能电池板是将光能转化为电能，故C正确；风力发电机既可以在白天工作也可以在夜间工作，故D错误．
答案：C
2．解析：排放废气浪费能源，引起能量的耗散，但不违反能量守恒定律，故A错误，B正确；当前存在着环境恶化和能源短缺问题，所以必须加强废气排放等污染治理，故C正确；能量守恒定律揭示出了各种自然现象之间的相互联系与转化，故D正确．
答案：BCD
3．解析：水能是可再生能源，故A错误；虽然该电站产生的电能小于消耗的电能，消耗4度谷电能换3度峰电，但峰电价格0.50元，谷电价格0.30元，则可知每4度谷电能换3度峰电产生的直接经济效益为0.3元，因此从经济的角度是有意义的，故B错误；电站实现电能转化为势能储存，在转化的过程中，虽然能量是守恒的，但有一部分能量被耗散，不能实现百分之百的转化，而需要时再转化为电能的量减少了，利用的品质下降了，故C错误；电站每年可生产清洁电能E1＝2.435×109 kW·h，则需要消耗的电能为E0＝，直接产生的经济效益为E1×0.5－E0×0.3＝2.435×109×0.5元－×2.435×109×0.3元＝2.435×104万元．
故D正确．
答案：D
4．解析：水碾每秒从水流中获得能量等于水流动能的变化量的大小，即E＝|ΔEk|＝|＝|×10×12－×10×52|J＝120 J
这些能量会有一部分损耗，不能都被用来碾米．
答案：120 J 不能第十二章核心素养综合评价
一、单项选择题(本题共7小题，每小题4分，共28分．在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的．)
1．下列关于能源的说法中，正确的是( )
A．由于能量不会凭空消失，也不会凭空产生，总是守恒的，所以节约能源意义不大
B．煤、石油、天然气等燃料的最初来源可追溯到太阳能
C．节约能源只要提高节能意识就行，与科技进步无关
D．水能是不可再生能源
2．2022年7月14日凌晨，年度“最大满月”亮相夜空．某同学用数码相机拍摄“超级月亮”，该数码相机的锂电池电动势为7.2V，容量为800mA·h(相当于用800mA的电流释放可放电1h，用400mA的电流释放可放电2h，以此类推)，能连续拍摄约300张照片．根据以上信息估算每拍摄一张照片消耗的电能最接近( )
A．0.7JB．7J
C．70JD．700J
3.
如图所示电路中，当开关S闭合，滑动变阻器的滑片P从a端向b端滑动时，以下判断正确的是( )
A．电压表示数变大，通过灯L1的电流变大，灯L2变亮
B．电压表示数变小，通过灯L1的电流变小，灯L2变暗
C．电压表示数变大，通过灯L2的电流变小，灯L1变亮
D．电压表示数变小，通过灯L2的电流变大，灯L1变暗
4．在如图所示的电路中，当滑动变阻器的滑片向下移动时，关于电灯L的亮度及电容器C所带电荷量Q的变化判断正确的是( )
A．L变暗，Q增大B．L变暗，Q减小
C．L变亮，Q增大D．L变亮，Q减小
5．扫地机器人能有效清除地板上的灰尘等颗粒垃圾．若扫地机器人的电动机线圈电阻为r，当它正常工作时，电动机两端所加的电压为U，通过的电流为I.则下列说法正确的是( )
A．通过线圈的电流小于
B．通过线圈的电流等于
C．电动机的电功率为I2r
D．电动机输出的机械功率为UI
6.
如图所示是具有更高平台的消防车，具有一定质量的伸缩臂能够在5min内使承载4人的登高平台(人连同平台的总质量为400kg)上升60m到达灭火位置，此后，在登高平台上的消防员用水炮灭火．已知水炮的出水量为3m3/min，水离开炮口时的速率为20m/s.则下列说法正确的是( )
A.水炮工作的发动机输出功率为1×104W
B．水炮工作的发动机输出功率为4×104W
C．水炮工作的发动机输出功率为2.4×106W
D．伸缩臂抬升登高平台的发动机输出功率约为800W
7．如图甲所示电路，电源E＝12V，内阻不计，灯泡L的额定电压为9V，其伏安特性曲线如图乙所示，滑动变阻器R的最大阻值为10Ω.则( )
A．灯泡L的阻值随电流的增大而减小
B．灯泡L消耗电功率的最小值是4W
C．滑动变阻器接入电路的阻值应至少为6Ω
D．灯泡L的额定功率为13.5W
二、多项选择题(本题共3小题，每小题6分，共18分．在每小题给出的四个选项中，有多项符合题目要求．全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分．)
8．在如图所示电路中，电源电动势E和内阻r均为定值，当外电路电阻R发生变化时，回路电流I、路端电压U、内电压U′都将随之发生变化，下列图像可能正确表示其变化规律的是( )
9.
某学生为“神舟十五号”载人飞船设计了一个可测定竖直方向加速度的装置，其原理可简化为如图．拴在竖直弹簧上的重物与滑动变阻器的滑动头连接，该装置在地面上静止时其电压表的指针指在表盘中央的零刻度处，在零刻度的两侧分别标上对应的正、负加速度值，当加速度方向竖直向上时电压表的示数为正．假设这个装置在“神舟十五号”载人飞船发射、运行和回收过程中使用，下列说法中正确的是( )
A．飞船在竖直减速上升的过程中，处于失重状态，电压表的示数为负
B．飞船在竖直减速返回地面的过程中，处于超重状态，电压表的示数为正
C．飞船在圆轨道上运行时，电压表的示数为零
D．飞船在圆轨道上运行时，电压表的示数为负
10.
如图所示是某型号电吹风的电路图，它主要由电动机M和电热丝R构成．已知电吹风的额定电压为220V，吹冷风时的功率为120W，吹热风时的功率为1000W．关于该电吹风，下列说法正确的是( )
A．若S1、S2闭合，则电吹风吹冷风
B．电热丝的电阻为55Ω
C．电动机工作时输出的机械功率为880W
D．当电吹风吹热风时，电动机每秒钟消耗的电能为120J
三、非选择题(本题共5小题，共54分．按题目要求作答．计算题要有必要的文字说明和解题步骤，有数值计算的要注明单位．)
11．(6分)测定电源的电动势和内阻的实验电路和U I图像如图所示，请回答下列问题．
(1)如图甲所示，在闭合开关之前为防止电表过载，滑动变阻器的滑片P应放在________处(选填“a”或“b ”)；
(2)现备有以下器材：
A．干电池1个
B．滑动变阻器(0～50Ω)
C．电压表(0～3V)
D．电压表(0～15V)
E．电流表(0～0.6A)
F．电流表(0～3A)
其中电流表应选________，电压表应选________．(填字母代号)
(3)如图乙是根据实验数据画出的U I图像．由此可知这个干电池的电动势E＝________V，内阻r＝________Ω.
12．(8分)某实验小组利用电压表和电阻箱测量电源的电动势和内阻．所用器材有待测电源、电压表、电阻箱、开关和导线．
(1)请在如图所示的虚线框中画出实验的电路图．
Ｋ
(2)实验的主要步骤如下：
①检查电压表并调零，按照电路图连线．
②调节电阻箱R的阻值至________．
③将开关S闭合，调节电阻箱的阻值使电压表指针有足够的偏转，记下此时电阻箱的阻值R和电压表的示数U.
④改变电阻箱的阻值，测出几组U及R的数据，作出 的图像，如图所示．
(3)由作出的 图线可求得电动势E＝________V，内阻r＝________Ω.(结果保留两位有效数字)
13．(12分)小硕同学有一块充电宝，他想知道充电宝是否跟干电池一样，是一个有一定电动势和内阻的直流电源．于是用如图所示的实验电路进行探究．图中用两只数字多用电表分别作为电压表和电流表，R0＝0.5Ω.
(1)在闭合开关前，他应把滑动变阻器的滑片移到最________端(选填“左”或“右”).
(2)图中“数字多用表1”是______________表(选填“电流”或“电压”).
(3)在充电宝电量为100%时，通过实验得到了如图所示的U I图像．由图像可知，充电宝在电量100%时，跟通常的干电池的电路特性相同，具有一定的电动势和内阻．由图像可得该充电宝的电动势E＝________V，内阻r＝________Ω(均保留三位有效数字).
(4)小硕同学想用一只机械式多用电表粗略判断该充电宝在电量减少时电动势是否会减小，测量时他应该把选择开关置于图中的________(选填“A”“B”“C”“D”)位置．
(5)充电宝在电量减少较多时，电动势几乎不变，那么可以推测充电宝内可能用来储存电能的是________．
A．电感线圈B．电容器
C．电阻D．电池
14．(14分)一个物理兴趣小组的同学准备测定某电池的电动势和内阻，实验室可供选用的实验器材有电流表A1、A2，滑动变阻器R，电阻箱R0，待测电池E，开关S，导线等．
(1)兴趣小组的同学设计了如图甲所示的电路来测定电流表A1的内阻．将电阻箱的阻值调整到R0＝50Ω，调节滑动变阻器的阻值，得到多组电流表A1、A2的读数I1、I2，并用描点法得到的I2 I1图像为过原点的倾斜直线，如图乙所示．可得电流表A1的内阻RA1＝________Ω.
(2)兴趣小组的同学利用上述实验器材设计了如图丙所示的电路来测定电池的电动势和内阻．实验中，他们通过改变R0的阻值，记录了多组数据(电阻箱阻值R0和电流表A1示数I).
(3)一同学以IR0为纵坐标，以I为横坐标作图像；在坐标纸上画出的图像如图丁所示．
(4)根据以上测量结果可知，电源电动势E＝________V，内阻r＝________Ω.
(5)另一同学以为纵坐标，以R0为横坐标作 R0图像，请根据(1)、(4)的计算结果，在图戊所示的坐标系中绘出图像．
15．(14分)一个允许通过最大电流为2A的电源和一个滑动变阻器，接成如图甲所示的电路，滑动变阻器最大阻值为R0＝22Ω.路端电压U随外电阻R变化的规律如图乙所示，图中U＝12V的直线为图线的渐近线．
(1)求电源电动势E和内阻r；
(2)求A、B两端空载时输出电压的范围；
(3)若要保证滑动变阻器的滑片任意滑动时，干路电流不超过2A，A、B两端所接负载电阻至少为多大？
第十二章核心素养综合评价
1．解析：高度可用的能量会转化为不能利用或不易利用的能量，所以这样会减少可利用能源的数量，因此应该节约能源；煤、石油、天然气等是化石燃料，是由古代动植物遗体转化来的，而动植物体内的能量最初都可以追溯到太阳能；加强发展科技，提高能源的利用率，可以更多地节约能源；水具有循环性，水能属于可再生能源．
答案：B
2．解析：根据题意分析可知，数码相机能连续拍摄约300张照片消耗的电能为W＝UIt，
每拍摄一张照片消耗的电能为
W′＝＝＝J＝74.88J.
故选C.
答案：C
3．解析：当滑动变阻器的滑片P从a端向b端滑动时，滑动变阻器接入电路的电阻减小，外电路总电阻减小，由I＝知总电流增大，通过L2的电流增大，L2变亮；由U并＝E－I(RL2＋r)知，滑动变阻器与L1并联部分电压减小，电压表示数变小，L1变暗，D正确．
答案：D
4．解析：当滑动变阻器的滑片向下移动时．滑动变阻器接入电路的电阻减小，外电路总电阻减小，由闭合电路欧姆定律可知，干路电流增大，电源的内电压增大，则路端电压减小，灯L变暗．电容器板间电压等于滑动变阻器两端的电压．由上得知，路端电压减小，则通过L灯的电流减小，而干路电流增大，则通过R1的电流增大，R1的电压也增大，则滑动变阻器两端的电压减小，电容器所带电荷量Q减小，故B项正确．
答案：B
5．解析：根据能量守恒定律有P电＝P热＋P出，即UI＝I2r＋P出，则I2r＜UI，可得I＜，故A正确，B错误；电动机的电功率P电＝UI，而I2r是电动机的内阻损耗的热功率，故C错误；电动机输出的机械功率P出＝P电－P热＝UI－I2r，故D错误．
答案：A
6．解析：水炮发动机做的功为水增加的动能与重力势能之和，伸缩臂在抬升等高平台的同时也将本身抬高了，计算做功时，需要计算这部分功，结合根据公式P＝分析．伸缩臂将人与平台抬高60m，用时5min，同时伸缩臂也有质量，设为M，则其输出功率为P＝W＝800W＋2M>800W，D错误；水炮工作的发动机首先将水运至60m高的平台，然后给水20m/s的速度，即做的功等于水增加的动能与重力势能之和，每秒射出水的质量为m＝1000×＝50kg，故W＝mgh＋mv2，功率为P＝＝＝4×104W，B正确，A、C错误．
答案：B
7．解析：I U图线上各点与坐标原点连线的斜率等于电阻的倒数，则灯泡L的阻值随电流的增大而增大，所以A错误；由题图乙可知，U＝9V时，电流等于1.5A，则灯泡的额定功率为P＝UI＝9×1.5W＝13.5W，所以D正确；由R＝＝Ω＝2Ω，则滑动变阻器接入电路的阻值至少为2Ω，所以C错误；当滑动变阻器R的最大阻值为10Ω时，回路中的电流最小，灯泡消耗的功率最小，此时灯泡两端的电压为U＝E－IR＝12－10I，在I U图线中作出该直线，如图所示，两线的交点坐标就是灯泡的实际电压、电流，则此时灯泡的最小功率为Pmin＝UminImin＝2×1.0W＝2W，所以B错误．
答案：D
8．解析：由闭合电路欧姆定律得I＝，可知I随R的增大单调递减，但不是线性变化，A正确；由U＝E－Ir＝E－＝，变形可得U＝，利用数学知识可知B正确，D错误；由U′＝Ir＝，可知C错误．
答案：AB
9．解析：飞船在竖直减速上升的过程中，加速度方向竖直向下，由牛顿第二定律得知，飞船处于失重状态．此时电压表的示数为负，A正确；飞船在竖直减速返回地面的过程中，加速度方向竖直向上，由牛顿第二定律得知，处于超重状态，电压表的示数为正，B正确；飞船在圆轨道上运行时，加速度方向竖直向下，电压表的示数为负，C错误、D正确．
答案：ABD
10．解析：开关均闭合时，电动机、电热丝均工作，电吹风吹热风，A错误；电动机工作时输出的机械功率为电动机消耗的电功率减去自身消耗的功率，其数值一定小于120W，C错误；由P＝得电热丝的电阻R＝＝Ω＝55Ω，B正确；电吹风吹热风、冷风时电动机消耗的电功率不变，均为120W，故每秒钟消耗的电能为120J，D正确．
答案：BD
11．解析：(1)闭合开关之前滑动变阻器的滑片P应放在阻值最大值处，即a处．(2)电源电动势约为1.5V，因此电压表选择量程为0～3V的比较合适，故电压表选择C；电路中的电流较小，因此电流表选择0～0.6A量程的E.(3)在U I图像中图线与纵轴的交点的纵坐标表示电源的电动势，所以由图可以读出电源的电动势约为1.49V，图线的斜率的绝对值表示电源的内阻，所以电源的内阻为r＝Ω＝0.725Ω.
答案：(1)a (2)E C (3)1.49 0.725
12.
解析：(1)根据伏阻法测电源电动势和内阻原理知，实验电路如图所示．
(2)为了保护电路，初始时，电阻箱的阻值应调为最大值．
(3)由闭合电路欧姆定律可得E＝U＋r，变换得到＝·－，由图像在纵轴上截距的绝对值得内阻r＝1.0Ω.由图线斜率可得电动势E＝3.3V.
答案：(1)图见解析 (2)最大值 (3)3.3 1.0
13．解析：(1)电路图中的滑动变阻器采用的是限流式接法，闭合开关前为了确保电路安全，应使滑动变阻器接入电阻最大，即应将滑片移到最右端．(2)图中“数字多用表1”与滑动变阻器并联，是用来测量电压，即图中“数字多用表1”是电压表．(3)根据电路图，结合闭合电路欧姆定律有U＝E－I(r＋R0)结合U I图像有E＝5.50V，r＋R0＝Ω，解得r＝0.250Ω.(4)由于电动势的测量值为5.50V，因此若用一只机械式多用电表粗略判断该充电宝在电量减少时电动势是否会减小，测量时他应该把选择开关置于10V的直流电压挡，可知，第二个选择项中的示意图符合要求，故选B.(5)由于充电宝在电量减少较多时，电动势几乎不变，而电感线圈与电阻不具备这个特征，电容器电量减小时，电压也减小，因此可以推测充电宝内可能用来储存电能的是电池，故选D.
答案：(1)右 (2)电压 (3)5.50 0.250 (4)B (5)D
14．解析：(1) 由题图甲根据并联电路电流的关系有＋I1＝I2，结合题图乙中数据解得RA1＝R0＝5Ω.
(4)由闭合电路的欧姆定律得E＝I(R0＋RA1＋r)，
解得IR0＝E－I(RA1＋r)，
IR0 I图像的纵截距表示电源电动势，由图丁知E＝1.5V.
IR0 I图像斜率的绝对值表示RA1＋r，则RA1＋r＝||＝×103Ω＝15Ω，解得电源内阻r＝10Ω.
(5)由E＝I(R0＋RA1＋r)得＝R0＋＝R0＋10，以为纵坐标，以R0为横坐标作 R0图像，如图所示．
答案：(1)5 (4)1.5 10 (5)图见解析
15．解析：(1)由题图乙可知，当R→∞时，U＝E＝12V；而当U＝6V时，R＝2Ω，由U＝R＝，可得r＝R＝2Ω.
(2)当滑片滑至上端时，UAB最大，UABmax＝E＝11V；当滑片滑至下端时，UAB为零．因此，A、B两端空载时输出电压范围为0～11V.
(3)A、B两端接某一负载电阻后，滑动变阻器滑片移至上端时，干路电流最大．此时I＝，为了使电源不过载，应保证I≤2A，代入数据得Rx≥Ω，即所接负载电阻最小值为Ω.
答案：(1)12V 2Ω (2)0～11V (3)Ω专题拓展五电源的U I图像及电路分析
拓展1 电源的U I图像及应用
【归纳】——————————————————○
电源U I图像和定值电阻的U I图像的比较
图像 电源的U I图像 定值电阻的U I图像
图形
物理意义 电源的路端电压随电路中电流的变化关系 电阻两端的电压随电阻中电流的变化关系
截距 图线与纵轴交点表示电源电动势E，与横轴交点表示短路电流 图线过坐标轴原点，表示电流为零时电阻两端的电压为零
坐标U、I的乘积 表示电源的输出功率 表示电阻消耗的功率
坐标U、I的比值 表示外电阻的大小，不同点对应外电阻大小不同 表示电阻的大小，每一点对应的比值均相同
斜率的绝对值 表示电源内阻r的大小 表示电阻的大小
【典例】——————————————————○
例1 (多选)如图所示，a、b分别表示一个电池组和一只电阻的I U图线．下列判断正确的有( )
A．电阻的阻值为15Ω
B．电池内阻是0.2Ω
C．将该电阻接在该电池组两端，电池组的输出功率将是15W
D．改变外电阻的阻值时，该电池组的最大输出功率为20W
[训练1] 在两个不同的闭合电路中，电源的U I图像分别如图所示．下列判断正确的是( )
A．电动势E1＝E2，发生短路时的电流I1
B．电动势E1＝E2，内阻r1C．电动势E1>E2，内阻r1D．当两个电源的工作电流变化量相同时，电源1的路端电压变化大
拓展2 闭合电路的动态分析
【归纳】——————————————————○
闭合电路动态问题的分析方法
(1)程序法：遵循“局部—整体—局部”的思路，按以下步骤分析(如图)．
(2)极端法：因滑动变阻器滑动引起电路变化的问题，可将滑动变阻器的滑动端分别滑至两个极端去讨论．
(3)结论法“串反并同”
“串反”：是指某一电阻增大时，与它串联或间接串联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将减小；某一电阻减小时，与它串联或间接串联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将增大．
“并同”：是指某一电阻增大时，与它并联或间接并联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将增大；某一电阻减小时，与它并联或间接并联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将减小．
【典例】——————————————————○
例2如图所示电路，电源内阻不可忽略．开关S闭合后，在滑动变阻器R0的滑片向下滑动的过程中( )
A．电压表与电流表的示数都减小
B．电压表与电流表的示数都增大
C．电压表的示数增大，电流表的示数减小
D．电压表的示数减小，电流表的示数增大
[训练2] 在如图所示的电路中，电源内阻不可忽略，开关S闭合前灯泡LA、LB、LC均已发光．那么，当开关S闭合时，LA、LB、LC三个灯泡的亮度变化情况是( )
A．LA亮度不变，LB变亮，LC变暗
B．LA变暗，LB变亮，LC变暗
C.LA变亮，LB变暗，LC变亮
D．LA变暗，LB变亮，LC亮度不变
[训练3] 如图所示为某同学在研究性学习中自制的电子秤原理示意图．托盘与电阻可忽略的金属弹簧相连，托盘与弹簧的质量均不计，滑动变阻器的滑片与弹簧上端连接．不称重物时，滑片P在R0的最上端；称重物时，在压力作用下滑片P下滑．操作人员可通过电阻很大的灯泡的亮度判断有没有开始称重，电流表的示数可以反映物体的质量．下列说法正确的是( )
A．称的物体越重，灯泡越暗
B．称的物体越重，电流表示数越大
C．不称重物时，灯泡会很亮
D．不称重物时，电流表示数较大
拓展3 闭合电路的功率和效率
【归纳】——————————————————○
1．闭合电路中的几类功率
通用表达式 纯电阻表达式
电源总功率 P总＝EI P总＝I2(R＋r)
内部消耗功率 P内＝I2r P内＝I2r
电源输出功率 P外＝U外I P外＝I2R
三者关系 P总＝P外＋P内
2.纯电阻电路中电源的输出功率
P出＝UI＝I2R＝＝.
电源输出功率随外电阻变化关系如图所示．
(1)当R＝r时，电源的输出功率最大，Pm＝.
(2)当R>r时，随着R增大，P出减小．
(3)当R(4)同一个输出功率P(除最大功率外)都对应两个不同的外电阻R1和R2.
3．电源的效率
(1)定义：输出功率占电路消耗的总功率的比值，表达式为η＝×100%＝×100%＝×100%.
(2)若外电路为纯电阻电路，则：
η＝×100%＝×100%＝×100%＝×100%＝×100%.
可见，外电路电阻越大，电源效率越高．
【典例】——————————————————○
例3在如图所示的电路中，已知电源电动势E＝3V，内电阻r＝1Ω，电阻R1＝2Ω，滑动变阻器R的阻值连续可调．
(1)当R多大时，R消耗的功率最大？最大功率为多少？
(2)当R多大时，R1消耗的功率最大？最大功率为多少？
(3)当R多大时，电源的输出功率最大？最大功率为多少？
思维提升
功率最大值的求解方法
(1)对定值电阻来说，其电流最大时功率也最大．
(2)电源的输出功率在外电阻等于内阻时最大，若不能相等，外电阻越接近内阻时，电源的输出功率越大．
(3)如图，求解滑动变阻器R2消耗的最大功率时，可把定值电阻R1等效为电源内阻的一部分，则R2＝R1＋r时，R2上消耗的功率最大．
[训练4] 将一个电源与一电阻箱连接构成闭合回路，测得的电阻箱所消耗的功率P与电阻箱的读数R的关系如图所示．下列说法正确的是( )
A．电源最大输出功率可能大于45W
B．电源的内阻为5Ω
C．电源的电动势为45V
D．电阻箱消耗的功率为最大值时，电源的效率大于50%
[训练5] 在寒冷地区，为了防止汽车挡风玻璃窗结霜，可用通电电阻加热．如图为10根阻值皆为2Ω的电阻条和一内阻为0.5Ω的直流电源．现在要使整个电路中电阻条上消耗的功率最大，则下列说法中正确的是( )
A．4根，并联接入B．4根，串联接入
C．10根，并联接入D．10根，串联接入
拓展4 含电容器的电路
【归纳】——————————————————○
1．电路稳定后，由于电容器所在支路无电流通过，此支路相当于断路，因此电容器两极板间的电压就等于该支路两端的电压．
2．当电容器和电阻并联后接入电路时，电容器两极板间的电压与其并联电阻两端的电压相等．
3．电路的电流、电压变化时，将会引起电容器的充(放)电．如果电容器两端电压升高，电容器将充电；如果电压降低，电容器将通过与它连接的电路放电．
4．根据公式Q＝CU或ΔQ＝CΔU，求电荷量及其变化量．
例4如图所示，E为电源，其内阻不可忽略，RT为热敏电阻，其阻值随温度的升高而减小，R为定值电阻，C为平行板电容器，G为灵敏电流计．闭合开关S，当环境温度明显降低且稳定后，下列说法正确的是( )
A．R两端电压变大
B．RT两端电压变大
C．C所带电荷量减小
D．温度降低的过程中，G中电流方向由a到b
[训练6] (多选)如图所示的电路中，电源电动势E＝6V，内阻r＝1Ω，电阻R1＝6Ω，R2＝5Ω，R3＝3Ω，电容器的电容C＝2×10－5F．若将开关S闭合．电路稳定时通过R2的电流为I，断开开关S后，通过R1的电荷量为q.则( )
A．I＝0.75AB．I＝0.5A
C．q＝2×10－5CD．q＝1×10－5C
[训练7] 如图所示，电路中R1、R2均为可变电阻，电源内阻不能忽略，平行板电容器C的极板水平放置．闭合开关S，电路达到稳定时，带电油滴悬浮在两板之间静止不动．如果仅改变下列某一个条件，油滴能保持静止状态的是( )
A．增大R1的阻值
B．增大R2的阻值
C．增大两板间的距离
D．断开开关S
1．如图所示，R1、R2为定值电阻，L为小灯泡(灯丝电阻不变)，R3受光照射时阻值变小，当照射光强度增大时( )
A．电压表的示数减小
B．R2中电流增大
C．小灯泡的功率增大
D．电路的路端电压增大
2．如图所示的电路，电源电动势为12V，内阻恒定且不可忽略．初始时刻，电路中的电流等于I0，且观察到电动机正常转动．现在调节滑动变阻器使电路中的电流减小为I0的一半，观察到电动机仍在转动．不考虑温度对电阻的影响，下列说法正确的是( )
A．电源的热功率减为初始时的一半
B．电源的总功率减为初始时的一半
C．电动机的热功率减为初始时的一半
D．变阻器的功率减为初始时的四分之一
3．在如图所示的电路中，闭合开关S，将滑动变阻器滑片P缓慢向右移动，则( )
A．灯泡L变暗
B．电源内部消耗的功率先变大后变小
C．电容器C上的电荷量增加
D．流过R1的电流方向由左向右
4．如图所示是测定两个电源的电动势和内阻实验中得到的路端电压和电流的关系图线，则应有( )
A．当I1＝I2时，电源总功率P1B．当U1＝U2时，电源输出功率P出1C．当I1＝I2时，外电阻R1＝R2
D．当U1＝U2时，电源内部消耗的电功率P内1>P内2
专题拓展五 电源的U I图像及电路分析
共研 突破关键能力
拓展1
[例1] 解析：电阻的阻值等于b图线的斜率的倒数，解得R＝15Ω，A正确；电池组的内阻等于a图线的斜率绝对值的倒数，得r＝＝Ω＝5Ω，B错误；两图线的交点表示将该电阻接在该电池组两端的工作状态，则电阻两端的电压为U＝15V，电流为I＝1A，则电池组的输出功率为P＝UI＝15×1W＝15W，C正确；电源输出功率的最大值为Pmax＝＝W＝20W，D正确．
答案：ACD
[训练1] 解析：根据闭合电路欧姆定律U＝E－Ir，结合U I图像，可知E为图线与纵轴的截距，－r为直线斜率，由图像知E1＝E2，r1I2.由数学关系ΔU＝－ΔIr知，当工作电流变化量相同时，因为r1|ΔU1|，故B正确．
答案：B
拓展2
[例2] 解析：方法一 程序法
滑片下移→R0接入电路的阻值减小→总电阻R减小→总电流I＝增大→路端电压即电压表示数U＝E－Ir减小→R1两端电压U1＝IR1增大→并联电路两端电压U2＝U－U1减小→通过R2的电流即电流表示数I2＝减小，故A正确．
方法二 极端法
将滑片下移到最下端，R2、A将被短路，则A的示数为零，即当滑片下滑时A的示数应减小，而V测量的路端电压U因外电阻的减小而减小，即V的示数也应减小，故A正确．
答案：A
[训练2] 解析：当开关S闭合时，LC、LD并联，电阻减小，外电路总电阻R减小，根据闭合电路欧姆定律可知，总电流I增大，LA的电压UA＝E－Ir，减小，电流IA减小，LA变暗；LB的电流IB＝I－IA，增大，电压UB增大，LB变亮；LC的电压UC＝UA－UB，UA减小，UB增大，则UC减小，LC变暗．故B正确．
答案：B
[训练3] 解析：当物体越重时，弹簧的压缩量越大，P越向下，滑动变阻器接入电路的电阻值越大，则总电阻越大，总电流I越小(由I＝得)，灯泡两端的电压U＝E－Ir－IR1越大，通过灯泡的电流I灯＝越大，P灯＝R灯，灯泡越亮，A、B错误；不称重物时，R0、灯泡被短路，电路总电阻最小，电流表示数I＝较大，D正确，C错误．
答案：D
拓展3
[例3] 解析：(1)把R1视为内电路的一部分，则当R＝R1＋r＝3Ω时，R消耗的功率最大，其最大值为Pm＝＝0.75W.
(2)对定值电阻R1，由P＝I2R知，当电路中的电流最大时其消耗的功率最大，此时R＝0，所以P1＝I2R1＝R1＝2W．
(3)根据电源的输出功率与外电阻的关系知，R外越接近于r时，电源的输出功率越大，故当R＝0时电源的输出功率最大，P出＝I2R1＝R1＝×2W＝2W.
答案：(1)3Ω 0.75W (2)0 2W (3)0 2W
[训练4] 解析：由图可知，电源的输出功率最大为45W，故A错误；当内外电阻相等时，电源的输出功率最大，由图可知，电源的内阻为5Ω，故B正确；由Pm＝可知，E＝30V，故C错误；根据效率公式可得η＝×100%，功率最大时内外电阻相等，所以效率为50%，故D错误．
答案：B
[训练5] 解析：设外电路的总电阻为R，电源内阻为r，则外电路消耗的功率P出＝U外I＝I2R＝R＝＝.根据数学知识可知，当外电阻R＝r时，外电路的功率最大；4根电阻条并联接入R＝＝Ω＝0.5Ω，R＝r，故A正确.4根电阻条串联接入R＝4R0＝4×2Ω＝8Ω，R≠r，故B错误.10根电阻条并联接入R＝＝Ω＝0.2Ω，R≠r，故C错误.10根电阻条串联接入R＝10R0＝10×2Ω＝20Ω，R≠r，故D错误．
答案：A
拓展4
[例4] 解析：当环境温度明显降低且稳定后，热敏电阻的阻值RT增大，故电路总电阻变大，总电流变小，路端电压增大，则电容器C两端电压变大，由Q＝CU知，电容器所带电荷量增大，故G中电流方向由b到a；总电流变小，则R两端电压变小；又路端电压变大，故RT两端电压变大．故B正确，A、C、D错误．
答案：B
[训练6] 解析：开关S闭合时，I＝＝0.75A，故A项正确，B项错误．此时UC＝UR并＝1.5V，QC＝C·UC＝3×10－5C；若将开关断开，则电容器上所带的电荷量通过R1、R3放掉，因I1∶I3＝R3∶R1＝1∶2，根据q＝It可知，通过R1的电荷量q＝QC＝1×10－5C，故C项错误，D项正确．
答案：AD
[训练7] 解析：增大R1的阻值会增加R1两端电压，电容器内电场强度会变大，油滴受力变化，会运动，A错误；增大R2的阻值，由于R2上没有电流流过，不会改变电容器两端电压，电容器内电场强度不会改变，B正确；增大极板间距，R1两端电压不变，由公式E＝可知E减小，油滴受力变化，会运动，C错误；断开开关S，电容器放电，电容器两端电压最终将减小为零，电场强度减小，油滴会运动，D错误．
答案：B
精练 落实学科素养
1．解析：当光照增强时，电阻R3的阻值减小，外电路总电阻减小，则电路中的总电阻减小，电路中总电流增大，故R1两端的电压增大，即电压表的示数增大，A错误；因电路中总电流增大，电源的内电压增大，路端电压减小，同时R1两端的电压增大，故并联电路部分电压减小，则流过R2的电流减小，B、D错误；因总电流增大，流过R2的电流减小，可知流过小灯泡的电流一定增大，故由P＝I2R可知，小灯泡消耗的功率增大，C正确．
答案：C
2．解析：电源的内阻和电动机的内阻不变，根据公式P＝I2R知，电路中的电流减小为I0的一半，则电源的热功率减为初始时的，电动机的热功率减为初始时的，A、C错误；根据P＝EI知，电路中的电流减小为I0的一半，而电源的电动势不变，则电源的总功率减为初始时的一半，B正确；电路中的电流减小为I0的一半，说明变阻器接入电路的电阻增大，所以由P＝I2R知变阻器的功率大于初始时的，D错误．
答案：B
3．解析：滑片右移，接入电路的电阻减小，由闭合电路欧姆定律可知，总电流增大，故灯泡L变亮，A错误；电源内部消耗的电功率P＝I2r，随着电流的增大，电源内部消耗功率一直变大，B错误；由U＝IR可知，灯泡两端电压和电源内电压均增大，所以滑动变阻器两端电压减小，故与之并联的电容器两端电压减小，由Q＝CU可知，电容器C上的电荷量减小，C错误；电容器带电荷量减少，故电容器处于放电状态，流过R1的电流方向由左向右，D正确．
答案：D
4．解析：由题图可知，两电源的电动势E相等，由电源的总功率P＝EI知，当I1＝I2时，电源总功率P1＝P2，故A错误；电源的输出功率P出＝UI，当U1＝U2时，由题图读出I1r2，当I1＝I2时，由闭合电路欧姆定律可知，R1答案：B第十二章综合提升
知识网络构建
核心素养提升
情境1 潮汐发电——科学思维
例1潮汐能是海水周期性涨落运动中所具有的能量，是一种可再生能源．现建立一个简化模型，某发电站大坝内储水水库的有效面积为S＝4×106m2，涨潮时，当大坝外侧海平面高度为h＝4m时(以海水流入前的水库水面为参考系)，打开大坝下面通道的闸门海水流入，此过程中通道处的水轮机利用水流的动能发电，直至大坝内外水面等高，关闭闸门．等到完全退潮后，开闸放水，再次发电，直至大坝内外水面再次相同，关闭闸门，等待下一次涨潮发电(此时的水库水面高度即为涨潮前的水库水面高度)．由于海洋很大，大坝外的海平面高度在海水流入、流出水库过程中几乎不变，潮水一天涨落两次，海水的势能有25%转化为电能，则这个发电站一天的发电量约为( )
A．4.0×1010JB．1.5×1010J
C．3.0×1011JD．1.5×1011J
情境2 新能源汽车——科学态度与责任
例2新能源汽车的研发和使用是近几年的热门话题，下面是某品牌新能源汽车介绍中的一段文字：“将近6m的超长车身设计，使得整车车顶集成的太阳能芯片面积达到了6m2左右，极富流线型的整车造型，使整车风阻大幅下降，全车采用铝合金框架并结合碳纤维车身，整车质量仅700kg，这一轻量化设计使整车能耗极低，汽车发动机最大输出功率达30kW，性能十足．”
(1)某次测试中，在水平地面上汽车所受摩擦力阻力约为车和驾驶员总重的0.08，试估算50kg的工程师驾驶这种汽车在实验路段上行驶的最高车速．
(2)为进一步测试这种汽车的性能，在厂区内坡度为θ(sinθ＝0.02)的实验路段上沿坡道向上行驶，该工程师在上述实验路段上从静止开始以1m/s2的加速度沿坡道向上做匀加速直线运动，求此过程能维持的最长时间．
情境3 测量质量的仪器——科学探究
例3[2023·山东济宁高一联考]半导体薄膜压力传感器是一种常用的传感器，其阻值会随压力变化而改变．某实验小组想测量某一薄膜压力传感器在不同压力下的阻值RN，其阻值约几十千欧．现有以下器材．
压力传感器；
电源：电动势6V
电流表A：量程0～250μA，内阻约50Ω；
电压表V：量程0～3V，内阻约20kΩ；
滑动变阻器R：阻值范围0～100Ω；
开关S，导线若干．
(1)为了提高测量的准确性，应该选以下________电路图进行测量，使用该电路得到的测量值______(选填“大于”“小于”或“等于”)真实值．
(2)通过多次实验测得其阻值RN随压力F变化的关系图像如图甲所示．该小组利用该压力传感器设计了如图乙所示的自动分拣装置，可以将质量大于0.16kg的物体和小于0.16kg的物体进行分拣，图中RN为压力传感器，R′为滑动变阻器，电源电动势为6V(内阻不计)．分拣时质量不同的物体通过传送带运送到托盘上，OB为一个可绕O转动的杠杆，下端有弹簧，当控制电路两端电压U≥2V时，杠杆OB水平，物体水平进入通道1；当控制电路两端电压U＜2V时，控制电路控制杠杆的B端下移，物体下滑进入通道2，从而实现分拣功能．根据以上原理可知，R′接入电路的阻值为________kΩ(重力加速度大小取10m/s2，结果保留三位有效数字)，质量为0.2kg的物体将进入________(选填“通道1”或“通道2”)．
第十二章综合提升
核心素养提升
[例1] 解析：根据题意可得电能为E电＝Ep×25%＝4×106×4×4×1.0×103×10×2×25%J＝3.2×1011J，故日发电量约为3.0×1011J，C正确．
答案：C
[例2] 解析：(1)当达到最大速度时牵引力F＝kmg
根据P＝Fvm
可得最大速度vm＝
代入数据得vm＝m/s＝50m/s
(2)在斜面上匀加速过程F－mgsinθ－kmg＝ma，P＝Fv，v＝at
联立解得t＝20s
答案：(1)50m/s (2)20s
[例3] 解析：(1)题中待测电阻是大电阻，且其阻值远大于滑动变阻器的最大阻值，故滑动变阻器应采用分压式接法、电流表采用内接法，故选A.由欧姆定律可知，电路中因为电流表分压，导致电压表读数大于RN两端电压，故RN测量值大于真实值．
(2)质量为0.16kg的物体对RN的压力为FN＝mg＝1.6N，由题图甲可知，此时RN＝28.0kΩ，由闭合电路欧姆定律有E＝U＋IRN，且R′＝，联立解得R′＝14.0kΩ.由题图甲可知，压力变大，RN阻值变小，电路中电流变大，R′两端电压变大，大于2V，故质量为0.2kg的物体将进入通道1.
答案：(1)A 大于 (2)14.0 通道1